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第1篇 力学 3

第1章 质点运动学 3

1.1 运动学的一些基本概念 3

1.1.1 参考系和坐标系 3

1.1.2 时间和空间的计量 3

1.1.3 质点 4

1.2 描述质点运动的基本物理量 4

1.2.1 位置矢量 4

1.2.2 运动方程 5

1.2.3 位移矢量 路程 5

1.2.4 速度矢量 6

1.2.5 加速度矢量 7

1.3 平面曲线运动 11

1.3.1 自然坐标系 11

1.3.2 质点作圆周运动时的切向加速度和法向加速度 11

1.3.3 一般平面曲线运动中的切向加速度和法向加速度 12

1.3.4 圆周运动的角量描述 13

1.3.5 角量和线量的关系 14

1.4 相对运动 18

本章提要 21

习题1 22

第2章 牛顿运动定律 25

2.1 牛顿运动定律 25

2.1.1 牛顿第一定律 25

2.1.2 牛顿第二定律 25

2.1.3 牛顿第三定律 26

2.1.4 牛顿运动定律的适用范围 27

2.2 相互作用力 27

2.2.1 基本的自然力 27

2.2.2 力学中常见的几种力 28

2.3 牛顿运动定律的应用 30

2.4 惯性系和非惯性系 34

2.4.1 惯性系和非惯性系 34

2.4.2 非惯性系中的力学规律 35

2.5 伽利略变换 力学的相对性原理 38

2.5.1 伽利略变换 38

2.5.2 力学的相对性原理 39

2.5.3 经典力学的时空观 40

本章提要 40

习题2 41

第3章 功和能 45

3.1 功 保守力 45

3.1.1 功 45

3.1.2 几种常见力的功 46

3.1.3 保守力和非保守力 48

3.1.4 功率 48

3.2 势能 49

3.2.1 势能 49

3.2.2 保守力和势能梯度 50

3.2.3 势能曲线 51

3.3 动能定理 52

3.3.1 质点的动能定理 52

3.3.2 质点系的动能定理 53

3.4 机械能守恒定律 能量守恒定律 55

3.4.1 质点系的功能原理 55

3.4.2 机械能守恒定律 55

3.4.3 能量守恒定律 56

本章提要 58

习题3 59

第4章 动量和角动量 62

4.1 动量定理 62

4.1.1 动量 62

4.1.2 质点的动量定理 62

4.1.3 质点系的动力学方程 63

4.1.4 质点系的动量定理 64

4.2 动量守恒定律 66

4.3 质心 质心运动定理 69

4.3.1 质心 69

4.3.2 质心运动定理 70

4.4 角动量定理 72

4.4.1 角动量 72

4.4.2 质点的角动量定理 74

4.4.3 质点系的角动量定理 76

4.5 角动量守恒定律 77

4.5.1 质点的角动量守恒定律 77

4.5.2 质点系的角动量守恒定律 79

4.6 碰撞 81

4.6.1 正碰 82

4.6.2 斜碰 83

4.7 对称性与守恒定律 86

4.7.1 对称性与守恒定律 86

4.7.2 时空对称性与三大守恒定律 88

本章提要 90

习题4 91

第5章 刚体力学基础 97

5.1 刚体运动学 97

5.1.1 刚体 平动和转动 97

5.1.2 刚体定轴转动的角量描述 98

5.2 定轴转动刚体的功和能 101

5.2.1 刚体的动能 101

5.2.2 转动惯量的计算 102

5.2.3 对转轴的力矩 105

5.2.4 定轴转动定律 106

5.2.5 力矩的功和功率 109

5.2.6 刚体定轴转动的动能定理 110

5.2.7 刚体的重力势能 110

5.2.8 刚体定轴转动的功能原理和机械能守恒定律 111

5.3 刚体定轴转动的角动量定理和角动量守恒定律 113

5.3.1 刚体对定轴的角动量 113

5.3.2 刚体的角动量定理 113

5.3.3 刚体的角动量守恒定律 114

5.4 旋进 117

本章提要 119

习题5 120

第6章 狭义相对论 125

6.1 狭义相对论的基本原理 洛伦兹变换 125

6.1.1 狭义相对论的基本原理 125

6.1.2 洛伦兹变换 126

6.1.3 相对论速度变换 130

6.2 狭义相对论的时空观 133

6.2.1 同时的相对性 134

6.2.2 时间膨胀效应 136

6.2.3 长度收缩效应 138

6.3 狭义相对论动力学 140

6.3.1 相对论质量 140

6.3.2 相对论动力学的基本方程 142

6.4 相对论能量 143

6.4.1 相对论动能 143

6.4.2 相对论能量 144

6.4.3 动量和能量的关系 145

本章提要 147

习题6 148

第2篇 热物理学 153

第7章 气体动理论 153

7.1 气体动理论的基本概念 153

7.1.1 物质的微观结构模型 153

7.1.2 理想气体的微观结构模型 154

7.1.3 宏观量和微观量 154

7.1.4 统计规律和统计平均值 154

7.1.5 状态参量 155

7.1.6 平衡态 准静态过程 155

7.1.7 统计假设 156

7.1.8 理想气体状态方程 156

7.2 理想气体的压强和温度的微观解释 157

7.2.1 理想气体的压强公式及其统计意义 157

7.2.2 理想气体的温度公式及其微观意义 159

7.2.3 理想气体分子的方均根速率 160

7.3 能量按自由度均分定理 理想气体的内能 161

7.3.1 自由度 161

7.3.2 能量按自由度均分定理 162

7.3.3 理想气体的内能 163

7.4 麦克斯韦分布律 165

7.4.1 速率分布函数 165

7.4.2 麦克斯韦速率分布律 166

7.4.3 三种统计速率 167

7.4.4 麦克斯韦速度分布律 170

7.5 玻耳兹曼分布律 170

7.5.1 玻耳兹曼分布律 170

7.5.2 重力场中大气密度与压强按高度的分布 171

7.6 气体分子的平均碰撞频率和平均自由程 172

本章提要 175

习题7 176

第8章 热力学基础 180

8.1 热力学第一定律 180

8.1.1 内能 180

8.1.2 功 180

8.1.3 热量 181

8.1.4 热力学第一定律 182

8.2 理想气体的等体过程和等压过程 摩尔热容 183

8.2.1 等体过程 183

8.2.2 等压过程 184

8.2.3 理想气体的摩尔定容热容和摩尔定压热容 185

8.3 理想气体的等温过程和绝热过程 188

8.3.1 等温过程 188

8.3.2 绝热过程 189

8.3.3 绝热线和等温线 190

8.3.4 多方过程 191

8.4 循环过程 卡诺循环 195

8.4.1 循环过程 195

8.4.2 卡诺循环 197

8.5 热力学第二定律 203

8.5.1 自发过程的方向性 203

8.5.2 热力学第二定律 204

8.5.3 可逆过程和不可逆过程 205

8.5.4 卡诺定理 206

8.5.5 热力学第二定律的统计意义 207

8.6 熵 熵增加原理 209

8.6.1 熵 209

8.6.2 熵增加原理 210

本章提要 211

习题8 213

第3篇 振动和波动 219

第9章 机械振动和机械波 219

9.1 简谐振动 219

9.1.1 简谐振动的特征和运动方程 219

9.1.2 描述简谐振动的特征量 220

9.1.3 简谐振动的旋转矢量表示法 225

9.1.4 简谐振动的能量 228

9.2 简谐振动的合成 230

9.2.1 同方向同频率的两个简谐振动的合成 230

9.2.2 同方向不同频率的两个简谐振动的合成 233

9.2.3 同频率相互垂直的两个简谐振动的合成 234

9.2.4 不同频率相互垂直的两个简谐振动的合成 236

9.3 阻尼振动 受迫振动和共振 237

9.3.1 阻尼振动 237

9.3.2 受迫振动 239

9.3.3 共振 240

9.4 机械波的产生和传播 241

9.4.1 机械波的产生 241

9.4.2 描述波动的物理量 242

9.5 平面简谐波 244

9.5.1 平面简谐波的波函数 244

9.5.2 波函数的物理意义 245

9.5.3 波动方程 250

9.5.4 波的能量 251

9.6 波的叠加原理 波的干涉 253

9.6.1 波的叠加原理 253

9.6.2 波的干涉 254

9.6.3 驻波 257

9.6.4 半波损失 259

9.7 惠更斯原理 波的衍射 261

9.7.1 惠更斯原理 261

9.7.2 波的衍射 263

9.8 多普勒效应 263

9.9 声波 超声波 次声波 266

本章提要 268

习题9 269

第4篇 光学 281

第10章 波动光学 281

10.1 光的相干性 光程 281

10.1.1 光源 281

10.1.2 光的单色性 282

10.1.3 光的相干性及相干光的获得 282

10.1.4 光程 光程差 283

10.1.5 薄透镜的等光程性 285

10.1.6 明暗干涉条纹产生的条件 285

10.2 杨氏双缝干涉 286

10.2.1 杨氏双缝干涉 286

10.2.2 菲涅耳双面镜 288

10.2.3 洛埃镜 289

10.3 薄膜干涉 291

10.3.1 薄膜干涉的基本原理 291

10.3.2 等倾干涉 292

10.3.3 增反膜与增透膜 293

10.3.4 等厚干涉 295

10.3.5 迈克尔逊干涉仪 300

10.4 单缝衍射和圆孔衍射 303

10.4.1 惠更斯-菲涅耳原理 303

10.4.2 单缝的夫琅禾费衍射 305

10.4.3 圆孔的夫琅禾费衍射 310

10.4.4 光学仪器的分辨率 311

10.5 光栅衍射 313

10.5.1 光栅 313

10.5.2 光栅衍射 314

10.6 X射线衍射 321

10.7 光的偏振现象 323

10.7.1 光的偏振态 323

10.7.2 偏振片 马吕斯定律 325

10.7.3 布儒斯特定律 328

10.8 光的双折射现象 330

10.8.1 光的双折射现象 330

10.8.2 偏振棱镜 331

10.9 偏振光的干涉 人工双折射现象 旋光现象 332

10.9.1 椭圆偏振光和圆偏振光的获得 332

10.9.2 偏振光的干涉 334

10.9.3 人工双折射现象 335

10.9.4 旋光现象 337

本章提要 338

习题10 341

第11章 几何光学 349

11.1 几何光学的基本定律 349

11.1.1 几何光学的基本定律 349

11.1.2 全反射 350

11.1.3 费马原理 351

11.2 光在平面和球面上的反射和折射 352

11.2.1 基本概念 352

11.2.2 光在平面上的反射和折射成像 353

11.2.3 光在球面上的反射和折射成像 354

11.3 透镜成像 359

11.3.1 薄透镜的成像公式 横向放大率 359

11.3.2 薄透镜成像的作图法 362

11.4 光学仪器 363

11.4.1 照相机 364

11.4.2 眼睛 364

11.4.3 显微镜 365

11.4.4 望远镜 366

本章提要 367

习题11 368

习题参考答案 370

附录 381

附录1 希腊字母 381

附录2 常用天文量 381

附录3 常用物理常量 382

附录4 书中物理量的符号及单位 383

参考文献 385